Спустя два столетия после открытия астероида 16 Психея исследователи продолжают изучать механизмы его формирования. Расположенный в главном поясе между Марсом и Юпитером, этот объект является крупнейшим из известных небесных тел, состоящих преимущественно из металла. Его диаметр составляет около 225 километров. Ожидается, что космический аппарат НАСА «Психея» достигнет цели в 2029 году, чтобы подтвердить или опровергнуть существующие гипотезы его происхождения.
Согласно одной из версий, астероид может быть остатком ядра протопланеты, лишившейся своей каменистой оболочки в результате масштабных столкновений на ранних этапах развития Солнечной системы. Другие теории предполагают, что объект изначально сформировался как богатое металлом тело или стал смесью металла и камня после многократных ударов других астероидов. Каждый из этих сценариев предлагает свою версию эволюции планет.
Специалисты Лаборатории Луны и планет Аризонского университета разработали компьютерные модели, имитирующие формирование крупного кратера в районе северного полюса Психеи. Результаты работы, опубликованные в журнале JGR Planets, содержат прогнозы, которые помогут ученым интерпретировать данные будущей миссии. Сопоставление симуляций с реальными наблюдениями позволит точнее определить состав недр объекта.
Исследователи подчеркивают, что изучение крупных ударных бассейнов дает возможность заглянуть внутрь астероида. Моделирование одного из самых больших кратеров позволило составить проверяемые прогнозы относительно внутреннего строения Психеи. Несмотря на то что металлические объекты составляют менее десяти процентов тел в главном поясе, Психея выделяется среди них своими размерами. Однако для понимания того, как именно распределен металл в ее недрах, необходимы прямые измерения с борта космического аппарата.
Одним из ключевых факторов в моделировании оказалась пористость – наличие пустот внутри небесного тела. Этот параметр часто игнорируется в исследованиях из-за сложности его учета, однако симуляции показали, что пористость существенно влияет на процесс столкновения и форму образующихся кратеров. Объекты с большим количеством внутренних пустот эффективнее поглощают энергию удара, что ведет к появлению более глубоких кратеров с крутыми стенками и меньшему количеству разлетающихся обломков.
Авторы исследования сравнивают свою работу с изучением остатков закрытой пекарни: по сохранившемуся оборудованию и ингредиентам можно восстановить процесс производства. Ученые не могут добраться до ядер Земли, Марса или Венеры, но изучение Психеи дает шанс исследовать ядро древнего небесного тела. Если астероид окажется обнаженным ядром протопланеты, это откроет редкую возможность изучить бурную фазу планетарной эволюции, которую невозможно наблюдать напрямую.
В ходе работы рассматривались две основные структуры: слоистая, с металлическим ядром и тонкой каменистой мантией, и однородная смесь металла и силикатов. С помощью трехмерных моделей исследователи воссоздали формирование кратера диаметром около 50 километров. Удары моделировались на скоростях около пяти километров в секунду, что типично для пояса астероидов. Исследование показало, что кратер таких размеров мог возникнуть при столкновении с объектом диаметром около пяти километров, причем этот сценарий согласуется с обеими версиями состава недр.
В отличие от планет, многие астероиды не являются монолитными и содержат трещины или пустоты, возникшие при прошлых столкновениях. Учет этого фактора позволил более реалистично оценить распределение обломков после ударов. Космический аппарат НАСА оснащен инструментами для измерения гравитации, магнитного поля и химического состава поверхности. Симуляции аризонских ученых дают научному сообществу преимущество, позволяя заранее подготовиться к анализу данных, которые начнут поступать через несколько лет.